Объемные дефекты: Поверхностные и объемные дефекты кристаллического строения

Содержание

Дефекты объемные — Энциклопедия по машиностроению XXL

Измеряют Kti- При Ки 10 дБ — плоскостной. [c.263]

Продольные и кольцевые сварные соединения сосудов и аппаратов обычно контролируют с применением форматной пленки, которую размещают с внутренней стороны изделия. При просвечивании швов надежно выявляются газовые поры, шлаковые включения и другие дефекты объемной формы. Трещины, не-сплавления по кромке шва и другие дефекты плоской формы выявляются в том случае, если плоскость их раскрытия совпадает с направлением излучения. Перед проведением контроля сварной шов и околошовную зону следует очистить от шлака, брызг расплавленного металла и других загрязнений недопустимые наружные дефекты сварного соединения следует устранить. Объем контроля определяется на основании ОСТ 26-291—79 Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования и технических условий. [c.112]

Объемные дефекты. Объемными дефектами кристаллической решетки являются скопления вакансий, образующих поры (или каналы), а также включения посторонних фаз, скопления примесей на дислокациях и др. [c.35]

Для оценки типа обнаруженного дефекта (объемный или плоскостной) при контроле толстостенных стыковых сварных соединений определяют коэффициент формы дефекта /еф, который измеряют двумя искателями, включенными по схеме тандем . [c.187]

К дефектам объемной формы относятся поры, шлаковые включения И их разновидности. [c.7]

Обычное твердое тело (исключая стекло и пластики) представляет агломерат множества микроскопических (10 — 10″» сж) мелких почти идеальных кристаллов. Во всех реальных твердых телах имеются при этом различные дефекты объемные примеси, адсорбированные газы, вакантные узлы в решетке и т. д. [c.396]

Этот метод может быть эффективно применен для обнаружения расслоений в листах и плитах, нарушения сцепления в многослойных изделиях (биметаллические листы, подшипники, тормозные диски) и различных дефектов объемного характера в изделиях небольшой толщины и несложной формы (плоскопараллельные тела, тела вращения). Чувствительность теневого метода определяется [2] дифракционными явлениями в области звуковой тени (и, следовательно, падает с увеличением расстояния от дефекта до задней грани контролируемого изделия), а также величиной коэффициента затухания и уровнем структурной реверберации материала изделия.

[c.58]

В процессе эксплуатации оболочковых конструкций стыковые соединения их стенок могут претерпевать 10 — 10 циклов давления, а растягивающие напряжения в стыковых соединениях стенок изменяться от 0,1 до 0,9 Ор2 основного металла. В этих условиях возможно зарождение и последующее подрастание усталостных трещин от технологических дефектов. При этом, как показывают результаты экспертиз аварий, трещины могут зарождаться и подрастать как от плоских трещиноподобных дефектов, так и дефектов объемных.

[c.394]

Возможность получения тонкостенных, сложных по форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важные литейные свойства сплавов жидкотекучесть, усадка (линейная и объемная), склонность к образованию трещин, склонность к поглощению газов и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др. [c.122]

Кинетика выделения фаз при распаде твердых растворов. Распад с выделением фаз происходит по механизму образования и роста зародышей в соответствии с общими закономерностями этого механизма. Помимо затрат выделившейся объемной свободной энергии на приращение поверхностной энергии и компенсацию энергии упругих деформаций, образование зародышей тормозится еще и необходимостью больших флуктуаций концентрации. Поэтому для начала распада требуются большие степени переохлаждения (пересыщения) и длительные выдержки при соответствующих температурах. В то же время при данных температурах должны заметно развиваться процессы диффузии растворенных компонентов. Общая скорость образования новой фазы в зависимости от степени переохлаждения описывается кривой с максимумом. Чем больше степень переохлаждения, тем меньшие размеры имеют устойчивые зародыши, способные к росту. В координатах температура — время процесс описывается С-образной кривой. В реальных металлах возникновение зародышей облегчается наличием дефектов кристаллического строения.

[c.497]

Все вышеперечисленные методы дают качественную оценку технического состояния оборудования. При их проведении обнаруживаются объемные опасные дефекты, такие как трещины, подрезы, непровары, поры. Однако необходимо отметить, что появление таких дефектов является лишь заключительной стадией процессов, происходящих на микроуровне и сопровождающихся изменением характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости. Одним из таких процессов является охрупчивание (деформационное упрочнение) материала, вызывающее повышение временного сопротивления Св, предела текучести Пг и снижение запаса пластичности, ударной вязкости и трещиностойкости. Это, в свою очередь, увеличивает вероятность хрупкого разрушения даже при температурах выше предела хладноломкости. [c.337]

Характер и степень нарушения правильности кристаллического строения (дефекты) определяют в значительной степени свойства металлов [15]. По геометрическим признакам дефекты подразделяются на точечные, линейные, поверхностные и объемные. [c.46]

Трехмерные, или объемные, дефекты — это макродефекты, которые представляют собой изолированные в кристалле участки объема, существенно превышающие объем элементарной ячейки. К таким дефектам относятся трещины, пустоты, дендриты, включения других кристаллов, газов, жидкостей и т.д. [20].

[c.49]

В процессе кристаллизации могут образовываться все типы дефектов точечные, линейные, поверхностные и объемные. [c.50]

Интегрирующая концепция строения дробно-размерного переходного слоя применительно к поликристаллическим телам, которую мы кратко приводим ниже, имеет цель показать закономерности протекания процессов самоорганизации, распределения различного рода дефектов и их роль при переходе из объемной части вещества к поверхности раздела фаз с ее специфическими свойствами. [c.118]

Объемные (трехмерные) дефекты—это микропустоты и включения другой фазы. Они возникают обычно при выращивании кристаллов или в результате некоторых воздействий на кристалл. Так, например, наличие большого количества примесей в расплаве, из которого ведется кристаллизация, может привести к выпадению крупных частиц второй фазы.

[c.85]

Последующее поведение локального объема и процесс образования несплош-ности в этом объеме можно рассматривать как взаимосвязанную цепь элементарных процессов разрыва связей. Так, например, пересечение дислокаций, которое становится возможным при достижении некоторой пороговой плотности дислокаций, приводит к следующим связанным процессам образование порогов на дислокациях —> движение дислокаций с порогами —> порождение точечных дефектов -> объемная самодиффузия диффузия моновакансий и внедренных атомов. Таким образом, процесс необратимого разрыва межатомных связей можно рассматривать как цепную реакцию, состоящую из взаимосвязанных элементарных процессов, а следовательно удовлетворяющую функции самоподобия [c.196]

По аналогии с точечными, линейными и поверхностными дефектами можно наметить группу объемных дефектов. Объемные дефекты согласно классификации не являются малыми во всех трех измерениях. К ним можно отнести скопления точечных дефектов типа пор, а также системы дислокаций, распределенных в объеме кристалла. Другими словами, благодаря наличию в кристалле точечных, линейных и плоских дефектов кристаллическая решетка может отклоняться от идеальной структуры в больших объемах кристалла. Кроме того, к объемным дефектам, например в монокристалле, можно отнести кристаллики с иной структурой или ориентацией решетки. В структуре кристалла будут значительные различия между центром дефекта и матрицей, а в матрице возникнут смещения атомов, убывающие с удалением от ядра дефекта. Таким образом, наличие фаз, дисперсных выделений, различных включений, в том числе неметаллических, неравномерность распределения напряжений и деформаций в макрообъемах также относятся к объемным дефектам.

[c.42]

Реализация двухуровневой системьЕ оценки допустимости дефектов иллюстрируется схемой на рис. 5.10. При одноуровневой системе (штриховые линии) дефект признают или допустимым, если А Лдр. При двухуровневой системе (сплошные линии) для дефектов с А > Ле,, определяют их форму. Если дефект оценен как плоскостной, его признают безусловно недопустимым. Если же дефект объемный, то его допустимость оценивают на другом, более мягком уровне

[c.217]

Варьируя режимы и параметры деформационно-термической обработки (температура, скорость, степень деформации, количество проходов и маршруты движения заготовки в процессе РКУ-прессования и ТМО), из исходного горячедеформированного состояния были получены и исследованы три наноструктурных (1, 2, 3) состояния, существенно различающиеся размером и формой зерен, плотностью дефектов, объемной долей высокоугловых разо-риентаций зерен и механическими свойствами. [c.240]

Процесс разрыва по Гриффитсу — есть постепенное отрывание двух половин образца, начиная с трещины, т. е. разрыв сводится к увеличению X. Ширина трещины предполагается бесконечно малой, вследствие этого напряжение, получаемое в конце трещины, достигает бесконечно большо величины при любой конечной величине приложенного напряжения Р. Однако разрыв происходит только при Р — Ркр1 так как до этого дефект объемной энергии, связанный с этими напряжениями, компенсируется поверхностной энергией. Бесконечно узкая трещина не имеет физического смысла. В действительности, трещины, если они есть, имеют конечную ширину, однако настолько малую, что получаемые на их концах перенапряжения по порядку величины приближаются к теретической прочности вещества. Учет размеров пластинки не внесет ничего существенного, а изменит только численный множитель в формуле (3.2).

[c.25]

Установка СКАРУЧ предназначена для контроля сварных соединений толщиной до 60 мм. Установка состоит из восьмиканального дефектоскопа и механоаку-стического блока, который имеет датчик измерения пройденного пути и включает две акустические подвески с различным количеством (до шестнадцати) ПЭП, расположенных на разных сторонах от оси сварного шва. Установка позволяет идентифицировать тип дефекта (объемный, плоскостной, объемно-плоскостной) и определять его размеры (длину, развитие по высоте сечения).

[c.259]

Радиогра- фические рентге- новский Поглоще- ние Интерфе- ренция Да Нет Огра- ниченно Нет Огра- ниченно Нет Объемные внутренние дефекты Документация Толщина образцов, плоскостность, двухмерное разделение, кристаллическая структура [c.154]

Наиболее легко дифс1)узня протекает по поверхности и границам зерен, где сосредоточещ) дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации и т. д.). Поэтому энергия активации диффузии по границам зерен (блоков) примерно вдвое меньше, чем в объеме, т. е. при объемной диффузии. [c.28]

Зерна, растущие с большой скоростью, можно условно рассма тривать как зародышевые центры и поэтому процесс их роста получил название вторичной рекристаллизации. В результате вторичной рекристаллизации образуется множество мелких зерен и небольшое число очень крупных зерен. Вторичная рекристаллизация, вероятно, вызывается благоприятной для роста кристаллографической ориентировкой отдельных зерен, меньшей чем у других зерен концентрацией дефектов (величиной объемной энергии) и более высокой подвижностью границ в результате неравномерного выделения примесей. В большинстве случаев причиной вторичной рекристаллизации является торможение роста большинства зерен, образовавшихся при первичной рекристаллизации, дисперсными частицами примесей. Вторичная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов. [c.57]

Фракталами называют самоподобные объекты, инвариантные относительно локальных дилатаций, т.е. объекты, которые при наблюдении при различных увеличениях повторяют один и тот же (самоподобный) рисунок. Фракталы обладают также свойством универсальности. Слово «универсальный» означает «всеобъемлющий», а самоподобный означает подобный сам себе (подобно матрешкам, вложенным друг в друга). Понятия универсальность и самоподобие с развитием синергетики и теории фрактальных структур получили новую жизнь, так как принципы синергетики и фрактальной геометрии объединяют все науки. Универсальность фракталов заключается в том, что они инвариантны к природе объекта — физической, химической, биологической или какой-либо другой. Свойство универсальности фрактальных структуф позволяет использовать фрактальную размерность как единую количественную меру разупорядоченности структуры различной природы. В материаловедении традиционно используется евклидова размерность d, позволяющая описывать точечные дефекты размерностью d=0, отрезки прямых линий — d=l, плоских элементов — d=2, объемных — d=3. Однако, природа изобилует объектами с дробной размерностью, т.е. не отвечающей ни одной из указанных значений. Их структура может быть количественно оценена фрактальной размерностью, которая в силу того, что объект разрежен, всегда больше топологической размерности. [c.77]

Следующая зона II (см. рис. 75), расположенная в сторону вышележащих подповерхностных зон переходного слоя, имеет рыхлую, пористую структуру, связанную с обрывом большого количества дислокаций в нижележащей зоне. Она может быть описана как губка Менгера. В ней реализуются растягивающие напряжения. Фрактальная размерность заполнения веществом материала трехмерного пространства в данной зоне принимает значения в интервале 3>Л ° >2,5. Понижение фрактальной размерности и плотности вещества происходит за счет роста количества вакансий и пор в данной зоне переходного слоя. Фрактальная размерность структуры дефектов увеличивается по толщине зоны в направлении от объемной части и увеличивает энергетическое содержание данной области переходного поверхностного слоя. [c.119]

Необходимо отметить, что при переходе в более высоколежащую зону переходного слоя — в область нестехиометрии — взаимодействие дефектов кристаллической решетки со структурой составляющего данную решетку набора частиц играет роль предвестника новой фазы. Например, в решетке РеО избыточные вакансии в катионной подрешетке образуют ассоциаты дефектов — кластеры из двух вакансий в подрешетке Ре и межузельного атома Ре Когда таких кластеров становится много, то они распределяются упорядоченно [75] — в этом пределе кластеры становятся структурными элементами решетки другого соединения — Рез04, Именно в этой части дефекты решетки следует называть не вакансиями, а дефектами решетки вычитания на базе кристаллической решетки объемной фазы, либо на базе кристаллической решетки стехиометрического соединения частиц обеих граничащих фаз — в зависимости от химических свойств объемных фаз и внешних условий (температуры., давления и др.). [c.122]

При переходе непосредственно от однородного распределения свойств в объемной части кристаллического тела (D =3) наблюдается массовый выход дислокаций и формируется первая подповерхностная зона I с повышекной плотностью данных линейных дефектов (рис. 6.16). В этой зоне осуществляется самоорганизация дислокационных скоплений в замкнутые ячеистые, спиральиыс или другие структуры. Сжимающие напряжения в ней обеспечивают сохранение форл ы и свойств граничащей с ней объемной фазы, которая простирается вглубь объекта. В частности, увеличение плотности дислокаций способствует упрочнению материала, что используется в некоторых технологических методах поверхностной обработки сталей. [c.300]

Наиболее распространенными дефектами, имеющими объемный характер, являются поры. Так как поры образуются посредством давления газов, они, как правило, имеют округлую сферическую форму редко встречаются поры вытянутые или более сложной формы. Для сварных конструкций общего назначения единичные поры обычно являются допустимым дефектом. При этом регламентирзтося максимально допустимый диаметр пор и расстояние между ними. Вопрос о том, какую пору считать единичной, до сих пор остается открытым. Влияние пористости на работоспособность сварных соединений рассмотрено во многих работах. Некоторая систематизация и обобщение отдельных ДаннЫХ Приведена В работе И, И. Макарова /16/. Полученные данные в основном сводятся к следующему. [c.37]

Поверхностные и объёмные дефекты — Студопедия

К поверхностным дефектамотносятся границы зерен и блоков, дефекты упаковки, двойниковые границы, доменные стенки. Рассмотрим эти дефекты на примере металлов, поскольку они используются в технике. Внутренняя структура металла состоит из большого числа кристаллитов неправильной формы, называемых зернами, или кристаллитами. Границы между отдельными кристаллитами (зернами) представляют собой переходную область шириной в 5–10 атомных размеров, в которой решетка одного кристалла переходит в решетку другого кристалла, имеющего иное кристаллографическое направление. По границам между зернами металла нарушается правильность строения кристаллической решетки (рис. 2.10). Разориентировка между соседними зернами составляет от нескольких до десятков градусов. Граница между зернами называется большеугловой границей.

Рис. 2.10.Дефектный пограничный слой между зёрнами

Каждое зерно металла состоит из отдельных блоков – субзёрен. В пределах каждого субзерна (блока) решетка почти идеальна (рис. 2.11). Разориентировка между соседними субзёрнами составляет от нескольких секунд до нескольких минут (малоугловые границы). Малоугловые границыимеют дислокационное строение.

Любые включения всегда служат концентраторами напряжений и местами, в которых зарождаются дефекты структуры. Множество объёмных дефектов образуется как внутри, так и на поверхности при росте кристаллов. В природных и лабораторных условиях при росте кристаллов встречаются случаи получения кристаллических агрегатов, образованных несколькими сросшимися кристаллами. Один кристалл нарастает на другой так, что кристаллографическая ориентация в обоих кристаллах одинакова.

Рис. 2.11.Блочная структура зерна и металла

Двойникомназывается сросток двух однородных кристаллов, в котором один кристалл отличается от другого зеркальным отражением в плоскости симметрии (рис. 2.12). Двойникованиемназывают явление симметричной переориентации областей кристаллической решетки. Решетка внутри двойниковой прослойки является зеркальным отображением решетки в остальной части кристалла.

Рис. 2.12.Двойниковая граница

В кристаллах существуют двойники роста и механические двойники, которые образуются в результате пластической деформации под действием механических нагрузок. Для каждого класса симметрии существуют свои типы двой-никования. Так, для кубического кристалла характерными являются срастания по плоскостям (100), а также двойники по пиритовому (200) или шпинельному (111) закону с поворотом оси двойникования на 180°.

Дефекты упаковки– локальные изменения расположения плотно упакованных плоскостей в кристалле (нарушена последовательность упаковки слоев). Порядок упаковки слоев атомов в решетке обозначается буквами А, В, С. Порядок укладки для ГЦК–решетки: АВСАВСАВС…; для ГПУ–решетки (рис. 2.13): АВАВАВАВ… Примером дефекта упаковки в трёхслойной системе служит дефект упаковки типа: АВСАВСАВАВАВСАВС…

Рис 2.13. Плотноупакованная плоскость АВАВАВАВ…

К объёмным, или трехмерным, дефектамкристаллической решетки относятся трещины и поры (рис. 2.14). К объёмным дефектам относятся скопления вакансий в виде пор и каналов, скопления частиц, оседающих на различных дефектах (например, пузырьки газа), а также скопления примесей в виде секторов и зон роста. Объемные дефекты имеют большую протяженность во всех трёх измерениях. Острые края всевозможных трещин, пустот являются концентраторами напряжений. Объёмные дефекты снижают пластичность кристаллов, влияют на прочность, электрические, оптические и магнитные свойства кристалла так же, как и дислокации.

Рис. 2.14.Трещина в металле

Дефекты кристалла — Википедия с видео // WIKI 2

У этого термина существуют и другие значения, см. Дефект.

Дефектами кристалла называют всякое устойчивое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. По числу измерений, в которых размеры дефекта существенно превышают межатомное расстояние, дефекты делят на нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трёхмерные (объёмные) дефекты^[1].

Энциклопедичный YouTube

1/2
Просмотров:
2 602
2 636

✪ Урок 211. Дефекты в кристаллах. Управление механическими свойствами материалов
✪ Дефекты кристаллической решетки: друзья или враги? | А.М. Глезер | Рождественские лекции 2015

Содержание

Нульмерные (точечные) дефекты

К нульмерным (или точечным) дефектам кристалла относят все дефекты, которые связаны со смещением или заменой небольшой группы атомов (собственные точечные дефекты), а также с примесями. Они возникают при нагреве, легировании, в процессе роста кристалла и в результате радиационного облучения. Могут вноситься также в результате имплантации. Свойства таких дефектов и механизмы их образования наиболее изучены, включая движение, взаимодействие, аннигиляцию, испарение.

Вакансия — свободный, незанятый атомом, узел кристаллической решетки.
Собственный межузельный атом — атом основного элемента, находящийся в междоузельном положении элементарной ячейки.
Примесный атом замещения — замена атома одного типа атомом другого типа в узле кристаллической решетки. В позициях замещения могут находиться атомы, которые по своим размерам и электронным свойствам относительно слабо отличаются от атомов основы.
Примесный атом внедрения — атом примеси располагается в междоузлии кристаллической решетки. В металлах примесями внедрения обычно являются водород, углерод, азот и кислород. В полупроводниках — это примеси, создающие глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне, например, медь и золото в кремнии.

В кристаллах часто наблюдаются также комплексы, состоящие из нескольких точечных дефектов, например: дефект по Френкелю (вакансия + собственный междоузельный атом), бивакансия (вакансия + вакансия), А-центр (вакансия + атом кислорода в кремнии и германии) и др.

Термодинамика точечных дефектов

Точечные дефекты повышают энергию кристалла, так как на образование каждого дефекта была затрачена определённая энергия. Упругая деформация обусловливает очень малую долю энергии образования вакансии, так как смещения ионов не превышают 1 % и соответствующая им энергия деформации составляет десятые доли эВ. При образовании межузельного атома смещения соседних ионов могут достигать 20 % от межатомного расстояния, а соответствующая им энергия упругой деформации решётки — нескольких эВ. Основная доля энергии, идущей на образование точечного дефекта, связана с нарушением периодичности атомной структуры и сил связи между атомами. Точечный дефект в металле взаимодействует со всем электронным газом. Удаление положительного иона из узла равносильно внесению точечного отрицательного заряда; от этого заряда отталкиваются электроны проводимости, что вызывает повышение их энергии. Теоретические расчёты показывают, что энергия образования вакансии в ГЦК решётке меди составляет около 1 эВ, а межузельного атома — от 2,5 до 3,5 эВ.

Несмотря на увеличение энергии кристалла при образовании собственных точечных дефектов, они могут находиться в термодинамическом равновесии в решётке, так как их образование приводит к росту энтропии. При повышенных температурах рост энтропийного члена TS свободной энергии F = U − T S {\displaystyle F=U-TS} из-за образования точечных дефектов компенсирует рост полной энергии кристалла U, и свободная энергия оказывается минимальной.

Равновесная концентрация вакансий:

n N = exp ⁡ ( − E 0 k T ) , {\displaystyle {\frac {n}{N}}=\exp \left(-{\frac {E_{0}}{kT}}\right),}

где E₀ — энергия образования одной вакансии, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура. Эта же формула справедлива для межузельных атомов. Формула показывает, что концентрация вакансий должна сильно зависеть от температуры. Формула для расчёта проста, но точные количественные значения можно получить, только зная величину энергии образования дефекта. Рассчитать же теоретически эту величину весьма трудно, поэтому приходится довольствоваться лишь приближёнными оценками.

Так как энергия образования дефекта входит в показатель степени, то это различие обусловливает громадную разницу в концентрации вакансий и межузельных атомов. Так, при 1000 °C в меди концентрация межузельных атомов составляет всего лишь 10⁻³⁹, что на 35 порядков меньше концентрации вакансий при этой температуре. В плотных упаковках, какие характерны для большинства металлов, очень трудно образовываться межузельным атомам, и вакансии в таких кристаллах являются основными точечными дефектами (не считая примесных атомов).

Миграция точечных дефектов

Перемещение атома на вакантное место в слое плотнейшей упаковки

Атомы, совершающие колебательное движение, непрерывно обмениваются энергией. Из-за хаотичности теплового движения энергия неравномерно распределена между разными атомами. В какой-то момент атом может получить от соседей такой избыток энергии, что он займёт соседнее положение в решётке. Так осуществляется миграция (перемещение) точечных дефектов в объёме кристаллов.

Изменение энергии атома при перемещении его в вакантный узел

Если один из атомов, окружающих вакансию, переместится в вакантный узел, то вакансия соответственно переместится на его место. Последовательные элементарные акты перемещения определённой вакансии осуществляются разными атомами. На рисунке показано, что в слое плотноупакованных шаров (атомов) для перемещения одного из шаров в вакантное место он должен раздвинуть шары 1 и 2. Следовательно, для перехода из положения в узле, где энергия атома минимальна, в соседний вакантный узел, где энергия также минимальна, атом должен пройти через состояние с повышенной потенциальной энергией, преодолеть энергетический барьер. Для этого и необходимо атому получить от соседей избыток энергии, который он теряет, «протискиваясь» в новое положение. Высота энергетического барьера E_m называется энергией активации миграции вакансии.

Источники и стоки точечных дефектов

Основным источником и стоком точечных дефектов являются линейные и поверхностные дефекты — см. ниже. В крупных совершенных монокристаллах возможен распад пересыщенного твёрдого раствора собственных точечных дефектов с образованием т.н. микродефектов.

Комплексы точечных дефектов

Простейший комплекс точечных дефектов — бивакансия (дивакансия): две вакансии, расположенные в соседних узлах решетки. Другим известным комплексом является так называемая френкелевская пара — атом в междоузлии и расположенная поблизости его вакансия. Большую роль в металлах и полупроводниках играют комплексы, состоящие из двух и более примесных атомов, а также из примесных атомов и собственных точечных дефектов. В частности, такие комплексы могут существенно влиять на прочностные, электрические и оптические свойства твёрдых тел.

Одномерные дефекты

Одномерные (линейные) дефекты представляют собой дефекты кристалла, размер которых по одному направлению много больше параметра решётки, а по двум другим — соизмерим с ним. К линейным дефектам относят дислокации и дисклинации. Общее определение: дислокация — граница области незавершённого сдвига в кристалле. Дислокации характеризуются вектором сдвига (вектором Бюргерса) и углом φ между ним и линией дислокации. При φ=0 дислокация называется винтовой; при φ=90° — краевой; при других углах — смешанной и тогда может быть разложена на винтовую и краевую компоненты. Дислокации возникают в процессе роста кристалла; при его пластической деформации и во многих других случаях. Их распределение и поведение при внешних воздействиях определяют важнейшие механические свойства, в частности такие как прочность, пластичность, а также электропроводность и др. Дисклинация — граница области незавершённого поворота в кристалле. Характеризуется вектором поворота.

Двумерные дефекты

Граница наклона

Основной дефект-представитель этого класса — поверхность кристалла. Другие случаи — границы зёрен материала, в том числе малоугловые границы (представляют собой ассоциации дислокаций), плоскости двойникования, поверхности раздела фаз.

Трёхмерные дефекты

Объёмные дефекты. К ним относятся скопления вакансий, образующие поры и каналы; частицы, оседающие на различных дефектах (декорирующие), например пузырьки газов, пузырьки маточного раствора; скопления примесей в виде секторов (песочных часов) и зон роста. Как правило, это поры или включения примесных фаз. Представляют собой конгломерат из многих дефектов. Происхождение — нарушение режимов роста кристалла, распад пересыщенного твердого раствора, загрязнение образцов. В некоторых случаях (например, при дисперсионном твердении) объемные дефекты специально вводят в материал, для модификации его физических свойств.

Методы избавления от дефектов

Основной метод, который помогает избавляться от дефектов в кристалле — метод зонной плавки. Этот метод хорошо применим для кремния. Плавят малую часть кристалла, чтобы впоследствии перекристаллизовать расплав. Используют также просто отжиг. Дефекты при повышенной температуре обладают высоким коэффициентом диффузии. Вакансии могут выходить на поверхность, и поэтому говорят об испарении дефектов.

Полезные дефекты

При пластической деформации металлов (например, ковке, прокатке), генерируются многочисленные дислокации, по-разному ориентированные в пространстве, что затрудняет разрушение кристалла по сетке дислокаций. Таким образом увеличивается прочность металла, но в то же время снижается пластичность.

В искусственно выращенных рубинах, сапфирах для лазеров добавляют примеси (Cr, Fe, Ti) элементов — окрашивающие центры, которые участвуют в генерации когерентного света.

См. также

Примечания

Литература

Границы зерен и свойства металлов. Кайбышев О. А., Валиев Р. З. М.:Металлургия, 1987. 214 с.
Штремель М. А. Прочность сплавов. Ч. I. Дефекты решетки. М., 1982.

Эта страница в последний раз была отредактирована 28 января 2020 в 12:14.

Дефекты кристалла — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Дефект.

Нульмерные (точечные) дефекты

Вакансия — свободный, незанятый атомом, узел кристаллической решетки.
Собственный межузельный атом — атом основного элемента, находящийся в междоузельном положении элементарной ячейки.
Примесный атом замещения — замена атома одного типа атомом другого типа в узле кристаллической решетки. В позициях замещения могут находиться атомы, которые по своим размерам и электронным свойствам относительно слабо отличаются от атомов основы.
Примесный атом внедрения — атом примеси располагается в междоузлии кристаллической решетки. В металлах примесями внедрения обычно являются водород, углерод, азот и кислород. В полупроводниках — это примеси, создающие глубокие энергетические уровни в запрещенной зоне, например, медь и золото в кремнии.

Термодинамика точечных дефектов

Равновесная концентрация вакансий:

n N = exp ⁡ ( − E 0 k T ) , {\displaystyle {\frac {n}{N}}=\exp \left(-{\frac {E_{0}}{kT}}\right),}

Миграция точечных дефектов

Перемещение атома на вакантное место в слое плотнейшей упаковки

Изменение энергии атома при перемещении его в вакантный узел

Источники и стоки точечных дефектов

Комплексы точечных дефектов

Простейший комплекс точечных дефектов — бивакансия (дивакансия): две вакансии, расположенные в соседних узлах решетки. Большую роль в металлах и полупроводниках играют комплексы, состоящие из двух и более примесных атомов, а также из примесных атомов и собственных точечных дефектов. В частности, такие комплексы могут существенно влиять на прочностные, электрические и оптические свойства твёрдых тел.

Одномерные дефекты

Двумерные дефекты

${\frac {n}{N}}=\exp \left(-{\frac {E_{0}}{kT}}\right),$

Граница наклона

Трёхмерные дефекты

Методы избавления от дефектов

Полезные дефекты

См. также

Примечания

Литература

Границы зерен и свойства металлов. Кайбышев О. А., Валиев Р. З. М.:Металлургия, 1987. 214 с.
Штремель М. А. Прочность сплавов. Ч. I. Дефекты решетки. М., 1982.

Объёмные дефекты кристаллической решетки — Студопедия

К объёмным, или трехмерным дефектам кристаллической решетки относятся трещины и поры. Наличие трещин резко снижает прочность как материалов на металлической основе, так и неметаллических материалов. Это связано с тем, что острые края трещин являются концентраторами напряжений. Важно отметить, что при одинаковой геометрии трещин пластичность металлических материалов остается выше, чем неметаллических. Природа этого различия состоит в том, что в металлических материалах в области концентрации напряжений облегчается генерация дислокаций, и пластическая деформация материала приводит к затуплению трещин. В неметаллических материалах кристаллическая решетка упакована неплотно, подвижность дислокаций невелика, следовательно, затупление острых краев трещин за счет пластической деформации невозможно.

Присутствие в материале пор также снижает прочность металлических материалов, поскольку уменьшается истинное сечение деталей. В неметаллических материалах влияние пор на свойства материала не столь однозначно. Крупные поры снижают прочность материала, поскольку уменьшается сечение изделий. В то же время мелкие поры могут повышать прочность материалов. Это связано с тем, что при возникновении пор появляется свободная поверхность. У атомов, находящихся на свободной поверхности, количество соседей резко отлично от количества соседей атомов в глубинных слоях материала, следовательно, энергия атомов на поверхности материала повышена. Первая производная поверхностной энергии по расстоянию является поверхностным натяжением. Таким образом, на атомы, находящиеся на поверхности пор, действуют сжимающие напряжения. Неметаллические материалы с ионной или ковалентной связью между атомами хорошо сопротивляются действию сжимающих и плохо противостоят действию растягивающих напряжений. При всех реальных схемах нагружения (например, изгиб) в материале возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения. При наличии пор сжимающие напряжения на их поверхности компенсируют внешние растягивающие напряжения. Поэтому присутствие мелких пор ведет к росту прочности неметаллических материалов.

Поскольку энергия атомов на поверхности объёмных дефектов повышена, то они являются источником вакансий. При нагреве трещины и поры как бы «испаряются», превращаясь в вакансии. При охлаждении вакансии вновь «конденсируются». При «конденсации» вакансионного «пара» система стремится к минимуму энергии, а следовательно, к минимуму поверхностной энергии. Таким образом, при нагреве и последующем охлаждении острые трещины превращаются в сферические поры, то есть за счет чередования нагрева с охлаждением можно превращать опасные трещины в менее опасные поры.

Уменьшение сечения материала при наличии пор и трещин, а также искажение кристаллической решетки вблизи их поверхности приводит к повышению удельного электросопротивления металлических материалов. В неметаллических материалах наличие объёмных дефектов снижает удельное электросопротивление вследствие повышения подвижности ионов по вакансиям в материалах с ионной связью и облегчения выхода электронов в материалах с ковалентной связью.

Дефекты кристаллической структуры — Студопедия

Структура реальных кристаллов не является идеально симметричной. В реальных кристаллах всегда имеются те или иные отклонения от периодичности расположения атомов. Эти нарушения порядка называют дефектами кристаллической структуры.

Дефекты кристаллической структуры, в зависимости от размеров, подразделяют на точечные, линейные, поверхностные и объёмные.

Точечные дефекты кристаллической структуры во всех трёх измерениях имеют размеры сравнимые с межатомным расстоянием, т.е. порядка одного нанометра. К точечным дефектам структуры относятся вакансии, межузельные атомы и атомы примесей.

Вакансией называют незанятое атомом свободное место в узле кристаллической решётки. Межузельным называют атом, смещённый из узла кристаллической решётки в положение между узлами (рис.3). Данные дефекты возникают, как правило, парами, поскольку смещение атома в межузельное положение сопровождается появлением вакансии.

Примесные атомы – это инородные атомы, которые размещаются либо в узлах кристаллической решётки (примесные атомы замещения), либо в межузельном пространстве (примесные атомы внедрения).

В – вакансия; МА – межузельный атом; ПАЗ – примесный атом замещения; ПАВ – примесный атом внедрения.

Рис. 3. Точечные дефекты кристаллической структуры.

Вакансии и межузельные атомы непрерывно появляются в кристаллах за счёт энергии тепловых колебаний атомов. Они относительно свободно перемещаются по кристаллу и могут встречаться друг с другом. При встрече межузельного атома с вакансией возможна рекомбинация, т.е. замещение вакантного места межузельным атомом. Дефекты также могут исчезать на любых свободных поверхностях кристалла: на порах, границах зёрен, микротрещинах, которые называют стоками дефектов. Процессы непрерывной рекомбинации, а также исчезновения дефектов на стоках, уравновешиваются процессами их генерации так, что в кристалле всегда поддерживается некоторая равновесная концентрация точечных дефектов. Чем выше температура кристалла, тем выше эта равновесная концентрация дефектов.

Вакансии и межузельные атомы обычно не оказывают заметного влияния на механические свойства материалов, поскольку искажения, вносимые ими в структуру, имеют очень маленький размер. Однако, при возрастании концентрации данных дефектов до значений, значительно превышающих равновесное, это влияние становиться более заметным. Например, при бомбардировке материалов потоком высокоэнергетичных частиц в их поверхностном слое образуется большое число точечных радиационных дефектов, что приводит к существенному изменению поверхностных свойств материала. Имеются сведения о повышении твёрдости и износостойкости облучённой поверхности. Изменяются и другие характеристики облучённых материалов.

Поскольку все точечные дефекты, и особенно примесные атомы, препятствуют прохождению электрического тока через металлические материалы, возрастание их концентрации в металлах приводит к повышению электросопротивления.

Линейные дефекты кристаллической структуры в двух измерениях имеют размеры, сравнимые с межатомным расстоянием, а в третьем измерении простираются на многие сотни и тысячи периодов кристаллической решётки. К линейным дефектам структуры относят краевые и винтовые дислокации.

Краевую дислокацию образует край АА’«лишней» атомной полуплоскости, называемой экстраплоскостью (рис. 4).

Рис.4. Краевая дислокация.

Если экстраплоскость располагается в верхней части кристалла, то соответствующую дислокацию обозначают значком «^», а если в нижней, то знаком «┬». Вдоль линии дислокации кристаллическая структура материала искажена, однако на расстоянии всего в несколько периодов кристаллической решётки от данной линии искажений структуры уже не наблюдается. Линия краевой дислокации обычно бывает изогнутой, а не прямой. Форма этой линии под воздействием внешних и внутренних факторов может изменяться, так же как и её местоположение в кристалле.

Винтовую дислокацию можно определить как сдвиг одной части кристалла относительно другой его части, происходящий по некоторой плоскости скольжения – ПС (рис.5). Линию L, лежащую в этой плоскости и отделяющую ту её часть, где сдвиг уже произошел от той её части, где сдвиг ещё не происходил, называют линией винтовой дислокации. Кристалл как бы закручивается в спираль вокруг этой линии. Если закручивание происходит по часовой стрелке, то соответствующую дислокацию называют правой, если против часовой стрелки – то левой.

Рис. 5. Винтовая дислокация.

Линия любой отдельной дислокации не может обрываться внутри кристалла. Она либо выходит на поверхность кристалла, в частности на границы зёрен, либо замыкается сама на себя, образуя дислокационную петлю. Под плотностью дислокаций понимают суммарную протяжённость всех дислокаций, находящихся в единице объёма материала:

, (1)

где l_i – длина отдельной дислокации; N – общее число дислокаций в материале; V – объём материала. Единицей измерения ρ является см/см³ или см^-2.

Равновесная плотность дислокаций в полупроводниковых кристаллах находится в пределах 10⁴¸10⁵ см^–2, а в металлах – 10⁶¸10⁸ см^–2.

В определённых условиях дислокации, также как и точечные дефекты, способны перемещаться по кристаллу. При этом дислокации одного знака отталкиваются друг от друга, а противоположенных знаков – притягиваются. При встрече двух дислокаций противоположенных знаков может произойти их аннигиляция, т.е. взаимоуничтожение. Под воздействием внешних нагрузок, вызывающих пластическую деформацию материала, происходит перемещение дислокаций в сторону свободных поверхностей кристалла. Вместо вышедших на поверхность, а также аннигилировавших дислокаций, в деформируемом материале нарождаются новые дислокации.

Дислокации, благодаря их значительной протяжённости, оказывают существенное влияние на механические свойства материалов. Они играют важную роль в механизме пластического деформирования материалов. При пластической деформации материалов наблюдается сдвиг атомных слоёв относительно друг друга и дислокации способствуют этому процессу. Благодаря дислокациям атомные слои могут смещаться относительно друг друга не сразу целиком, а поэтапно, т.е. атомными рядами. Такой поэтапный сдвиг атомных слоёв выглядит как движение дислокаций в противоположенном направлении и требует при деформировании значительно меньших усилий.

Учитывая вышесказанное можно утверждать, что металлы и сплавы своей высокой пластичностью обязаны наличию в них достаточно большого количества подвижных дислокаций. Под воздействием холодной пластической деформации плотность дислокаций в металлах возрастает до 10¹¹¸10¹² см ^–2. При такой высокой плотности дислокации начинают интенсивно взаимодействовать и мешать друг другу, что приводит к ограничению их подвижности. В результате металл становится менее пластичным и более прочным. Такое явление называют наклёпом.

Поверхностные дефекты кристаллической структуры в одном из измерений имеют размеры, сравнимые с межатомным расстоянием, а в двух других измерениях простираются на многие сотни и тысячи межатомных расстояний. К поверхностным дефектам структуры относят границы зёрен, фрагментов и блоков. Указанные границы являются местом скопления всевозможных точечных и линейных дефектов. Они выглядят как дислокационные стенки, разделяющие кристаллический материал на участки (рис.6).

Рис.6. Дислокационная стенка.

Порядок расположения атомов в зоне границ сильно нарушен. Это наиболее дефектная область материала. По границам зёрен обычно распространяются трещины, разрушающие металлический материал, а также более активно идут процессы взаимодействия металла с химически активными веществами, в частности, процессы окисления, а также травления кислотами.

Поверхностные дефекты оказывают существенное влияние на свойства материалов. Они, в частности, способствуют процессам диффузии, но препятствуют процессу прохождения электрического тока через материал. Для механических свойств особое значение имеет общая протяженность межзёренных границ в единице объёма, т.е. плотность границ. С уменьшением размера зёрен, а, следовательно, увеличением плотности их границ, увеличиваются вязкость, пластичность и прочность металлических материалов.

Объёмные дефекты структуры имеют значительные размеры во всех трех измерениях. К объёмным дефектам структуры относят всевозможные поры, инородные включения, выбоины и царапины на поверхности, микротрещины и т.п. При разрушении материалов объёмные дефекты обычно играют роль концентраторов напряжений и источников трещин, а поэтому являются причиной снижения прочностных характеристик материала.

2. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность

Идеального кристаллического строения в природе не бывает. Экспериментально установлено наличие трех типов дефектов микроструктуры на атомном уровне в металлах и сплавах: точечных, линейных и поверхностных.

Рис. 18.1. Точечные дефекты: а)вакансия,

б) межузельный (дислоцированный) атом

1. Точечные дефекты – вакансии[21] и межузельные атомы (рис. 18.1) малы во всех трех измерениях и искажают кристаллическую решетку только на расстояниях порядка 10^–10 м. Концентрация точечных дефектов в металлах при комнатной температуре составляет порядка 10^–13 ат. %; при нагреве до температур близких к плавлению и особенно при облучении нейтронами в ядерном реакторе она может достигать 1…3 ат. %, что приводит к разбуханию и потере прочности металлоконструкций.

2. Линейные дефекты – краевые и винтовые дислокации[22] имеют большую протяженность в одном измерении и проявляются в нарушении правильного расположения атомных плоскостей – рис. 18.2. От числа, характера расположения и подвижности дислокаций в кристаллах сильно зависят механические и многие физические свойства монокристаллических и поликристаллических материалов.

Рис. 18.2. Линейные дефекты: а) краевая, б) винтовая дислокация

Плотность дислокаций – суммарная длина всех линий дислокаций в единице объема составляет у чистых неупрочненных металлов 10⁶…10⁸ см^–2, а у деформированных – достигает 10¹²…10¹³ см^–2, дальше появляются трещины и металл разрушается. Наличие достаточного числа дислокаций облегчает движение атомов, а, следовательно, и деформацию неупрочненных металлов – рис. 18.3. Из-за большого числа дислокаций прочность реальных (дефектных) кристаллических материалов во много раз меньше теоретической прочности, рассчитанной на основании сил взаимодействия между атомами для идеальных (бездефектных) структур.

Рис. 18.3. Зависимость сопротивления деформации от плотности дислокаций: 1 – теоретическая прочность; 2–4 – техническая прочность (2 – «усы»; 3 – чистые неупрочненные металлы; 4 – сплавы, упрочненные легированием, наклепом, термической или термомеханической обработкой)

Плотностью дислокаций, а, следовательно, и свойствами материала можно управлять в очень широком диапазоне (рис. 18.3). Исходя из вида кривой на рис. 18.3, возможны два принципиально различных способа повышения прочности материалов:

· Традиционными методами повышения прочности материалов за счет повышения числа дислокаций являются: легирование, холодная деформация, термическая или термомеханическая обработка. Самая эффективная из них – термомеханическая обработка позволяет повысить прочность до ¹/₃ от теоретической.

· Во второй половине ХХ в. нанотехнологи научились выращивать нитевидные монокристаллы – усы[23](длиной до 2…10 мм и диаметром 0,5…2 мкм) с одной винтовой дислокацией, прочность которых приближается к теоретической[24]. Такие «усы» используются для армирования высокопрочных волокнистых композиционных материалов, в приборостроении (для микроподвесок), в микроэлектронике и т. п.

3. Поверхностные дефекты имеют большую протяженность в двух измерениях; наиболее существенными из них являются большеугловые и малоугловые границы, дефекты упаковки и границы двойников.

Границы между зернами обусловлены поликристаллическим строением металлов (см. рис. 16), они представляют собой узкую переходную область шириной до 5…10 межатомных расстояний, в которой атомы расположены менее правильно, чем в объеме зерна. По границам зерен в технических металлах концентрируются примеси, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов. Атомные решетки (плоскости) соприкасающихся зерен металла разориентированы на величину до нескольких десятков градусов, что приводит к образованию, так называемых, большеугловых границ.

Каждое зерно металла, как правило, состоит из отдельных субзерен – блоков, образующих субструктуру – рис. 18.4. Поперечные размеры субзерен (блоков) составляют 0,1…1 мкм, т. е. блоки на один – три порядка меньше размеров кристаллитов. Если не учитывать точечные дефекты, то в пределах каждого блока кристаллическая решетка почти идеальна. Субзерна повернуты один по отношению к другому на угол от малых долей до единиц градусов, образуя субграницы (малоугловые границы). Установлено, что малоугловые границы образованы упорядоченными скоплениями (так называемыми, стенками) большого количества краевых дислокаций (_┴) – см. рис. 18.4.

Рис. 18.4. Субструктура зерна: 1 – границы между зернами (большеугловые границы), 2 – границы между субзернами (малоугловые границы), 3 – субзерна (блоки)

Дефект упаковки представляет собой часть атомной плоскости, ограниченную дислокациями, в пределах которой нарушен нормальный порядок чередования атомных слоев.

Все поверхностные дефекты, включая дефекты упаковки и границы двойников*, представляют собой рассогласования в расположении пакетов атомных плоскостей.

Поверхностные дефекты также влияют на механические и физические свойства материалов. Особенно большое значение имеют границы зерен. Предел текучести σ_т связан с размером зерен d уравнением Холла-Петча: σ_т = σ_о + kd^–1/2, где σ_о и k – постоянные для данного материала. Чем мельче зерно, тем выше предел текучести, вязкость и меньше опасность хрупкого разрушения. Аналогично, но более слабо влияет на механические свойства размер субзерен.

Помимо перечисленных микродефектов в технических металлах и сплавах могут быть макродефекты объемного характера: газовые пузыри, микротрещины, поры, неметаллические включения и т. п., которые также снижают прочность, являясь концентраторами напряжений.

19(8). Деформация и разрушение металла. Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации. Наклёп

При приложении к твердому телу усилий происходит его деформация – изменение формы, обусловленное отклонением атомов от равновесного положения.

Если напряжения невелики, то деформация носит упругий характер. В этой области выполняется закон Гука – абсолютная деформация Δl прямо пропорциональна приложенному усилию Р – рис. 19.1. Сопротивляемость упругой деформации, т. е. жесткость материала при растяжении характеризует модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, прямо пропорциональный tga (Е = (l₀/F₀)tga – см. п. 8). Модуль упругости практически не зависит от структуры металла и определяется силами межатомных связей в кристаллической решетке, например, для сталей он составляет 170…206 ГПа, для чугунов – 113…150 ГПа, титана – 116 ГПа, алюминия – 63…70 ГПа.

Рис. 19.1. Схема деформирования металла при растяжении: участки упругой (а) и пластической (б) деформации, × – разрушение

При упругой деформации после снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное положение и тело восстанавливает исходную форму и размеры.

Если при внешнем нагружении напряжения достигают критической величины, то деформация становится пластической вследствие интенсивного размножения и движения дислокаций. После снятия нагрузки тело не восстанавливает свою форму и размеры.

Механизм пластической деформациипроще всегорассмотреть на примере деформации монокристалла. Пластическая деформация осуществляется путем сдвига одной части монокристалла относительно другой. Сдвиг атомных плоскостей вызывают внешние касательные напряжения τ, когда их значение превышает критическое τ_к. Различают две разновидности сдвига – скольжение и двойникование. При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости, называемой плоскостью скольжения или сдвига (рис. 19.2). Скольжение существенно облегчается за счет присутствия дислокаций, которые в большом количестве имеются в реальных металлах.

Рис. 19.2. Схема скольжения за счет движения краевой дислокации

Скольжение – основной вид сдвига в металлах и сплавах. Деформация двойникованием представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части – рис. 19.3. Плоскость зеркальной симметрии называют плоскостью двойникования.

Рис. 19.3. Схема образования двойника (I–I – плоскость двойникования)

По сравнению со скольжением, двойникование в металлах с ОЦК и ГЦК решетками имеет второстепенное значение. Роль двойникования возрастает, когда скольжение затруднено. У менее пластичных металлов с ГПУ решеткой деформация обычно развивается как скольжением, так и двойникованием.

По мере развития пластической деформации металл наклёпывается. Под наклёпом понимают совокупность изменений структуры и связанных с ними изменений свойств, вызванных пластической деформацией металла[25].

При достаточно большой степени деформации все зерна становятся напряженными; равноосные до деформации зерна поликристаллических металлов вытягиваются, образуя волокнистую структуру – рис. 19.4. Количество дефектов кристалллической решетки и, прежде всего, дислокаций возрастает на несколько порядков (см. рис. 18.3). Внутри зерен за счет роста числа дислокаций происходит интенсивное образование малоугловых границ и увеличение углов разориентировки субзерен, что приводит к развитию блочной структуры.

Рис. 19.4. Изменение формы зерен в результате деформации: а – до деформации; б – после деформации

При большой степени деформации возникает преимущественная ориентация решеток зерен – текстура деформации, проявляющаяся в анизотропии свойств деформированных поликристаллических металлов и сплавов.

С увеличением степени деформации увеличиваются твердость, предел текучести, электросопротивление, коэрцитивная сила и др.; уменьшаются пластичность, вязкость, коррозионная стойкость, магнитная проницаемость и др.

При дальнейшем увеличении приложенных напряжений процесс деформации заканчивается разрушением, которое может быть вязким или хрупким. Вязкое разрушение происходит после значительной пластической деформации; сопровождается поглощением большого количества энергии; проходит по телу зерен; имеет волокнистый, матовый излом. Хрупкое разрушение имеет малую энергоемкость; деформация мала и носит в основном упругий характер; излом светлый, грубокристаллический.

NDE Соотношение объемных дефектов и плоских дефектов

Некоторая основная информация о плоских и объемных дефектах в форме NDEDefect обычно подразделяется на два типа: объемные, для которых соотношение между высотой и шириной близко к единице, и плоские, ширина которых действительно равна , очень маленький по высоте. Что такое планарный дефект? Приведите пример Плоские дефекты тонкие в одном измерении, но больше в двух других измерениях. Отношение высоты дефекта к ширине более 6 называется плоскими дефектами.Пример плоского дефекта (например, трещины, отсутствие плавления и неполное проплавление) Сравнение на основе отношения высоты к ширине

Плоские дефекты (отношение высоты к ширине) Для Sl № 4: высота дефекта в мм 4 4 Ширина дефекта в мм 0,5 0,3 Соотношение H / W Тип дефекта 8 Planar

Для Sl № 5:

13.33 Planar

Для плоских дефектов ширина может быть очень маленькой по сравнению с высотой.

Обычно, когда отношение H / W = 6 и выше, этот тип дефектов характеризуется как плоские дефекты.Что такое объемные дефекты и отношение высоты дефекта к ширине? Объемные дефекты можно описать тремя измерениями или объемом. Отношение объемной высоты дефекта к ширине составляет от 1 до 3,8 (см. График)

Объемные дефекты, такие как улавливание шлака и пористость, легко обнаруживаются.

UT используется для 1. Очень хорошо для обнаружения плоских дефектов и трещин. RT используется для 1. Хорошо для обнаружения объемных дефектов, таких как шлак и пористость. 2. Проблемы с обнаружением плоских дефектов и мелких трещин, если они расположены перпендикулярно балке.Различные дефекты Формы отношения высоты к ширине (H / W Ratio)

Объемный дефект Отношение высоты к ширине от 1,0 до 3,8, переход от 3,8 до 6, планар 6 и выше

Sl № 1 до 5 Sl № 1: Sl № 2:

Объемный Vs Плоские дефекты (отношение высоты к ширине) Ширина Высота h Соотношение 3 4 3 1,5 1 2,66

Тип дефекта Объемный дефект Объемный дефект Частично объемный (или) Плоский Плоский дефект Плоский дефект

Sl no: 3 Sl no 4: Sl no: 5

4 4 4

1 0.5 0,3

4 8 13,33

Ссылка: http://www.oegfzp.at/fileadmin/papers/28_wcndtfinal00028.pdf

Схематическая диаграмма, показывающая соотношение объемного дефекта и соотношения плоских дефектов

Объемная классификация дефектов и методы обнаружения неразрушающего контроля

Объемные дефекты Пористость, включения, шлак, вольфрам и прочее, усадка, отверстия и пустоты, истончение коррозии, точечная коррозия Методы неразрушающего контроля Визуальный (поверхность), копия (поверхность), проникающая жидкость (поверхность), магнитные частицы (поверхность и подповерхность), Вихретоковый, микроволновый, ультразвуковой, радиографический

В таблице 2 перечислены некоторые из различных типов плоских дефектов, а также соответствующие методы обнаружения неразрушающего контроля.Классификация плоских дефектов и методы обнаружения неразрушающих испытаний

Плоские дефекты Швы, расслоение, отсутствие сцепления, ковка или прокатка внахлест, литье в холодном состоянии, трещины термообработки, шлифовальные трещины, трещины покрытия, усталостные трещины, коррозионные трещины под напряжением, сварочные трещины, отсутствие расплавления, Неполное проникновение Пайка паяльной пастой Методы обнаружения неразрушающего контроля Визуальный, Репликационная микроскопия, МТ, Магнитное поле, ЭСТ, Микроволновая печь, Возмущение электрического тока, Магабсорбция, УЗ, Акустическая эмиссия, Термография Ссылка: http: //www.oegfzp.в / fileadmin / paper / 28_wcndtfinal00028.pdf

Составлено LRamachandran

объемный дефект — это … Что такое объемный дефект?

Рассеяние носителей — Типы дефектов включают атомные вакансии, адатомы, ступеньки и изгибы, которые наиболее часто возникают на поверхностях из-за конечного размера материала, вызывающего разрыв кристалла. Что общего у всех типов дефектов, будь то поверхностные или объемные, так это то, что…… Wikipedia

Металлоорганический каркас — Металлоорганический каркас — это кристаллические соединения, состоящие из ионов металлов или кластеров, скоординированных с часто жесткими органическими молекулами с образованием одно-, двух- или трехмерных структур, которые могут быть пористыми.В некоторых случаях поры устойчивы к…… Wikipedia

Глоссарий терминов топливных элементов — Глоссарий терминов топливных элементов содержит определения многих терминов, используемых в отрасли топливных элементов. Термины в этом глоссарии могут использоваться ассоциациями производителей топливных элементов в учебных материалах, а также в кодах и стандартах топливных элементов, но… Wikipedia

Наноархитектуры для литий-ионных батарей — Усилия в исследованиях литий-ионных аккумуляторов были направлены на улучшение двух различных характеристик: емкости и скорости.Емкость батареи для хранения энергии может быть увеличена за счет возможности вставлять / извлекать больше ионов лития из электрода… Wikipedia

Mount Rainier (пакетная запись) — Оптические диски Оптический диск Оптический дисковод Авторинг оптических дисков Программное обеспечение для разработки Технологии записи Режимы записи Пакетная запись Типы оптических носителей… Wikipedia

Неразрушающий контроль — или Неразрушающий контроль (NDT) — это широкая группа методов анализа, используемых в науке и промышленности для оценки свойств материала, компонента или системы без причинения ущерба.[1] Термины неразрушающий контроль (NDE),…… Wikipedia

Компьютерная томография сердца — Вмешательство МКБ 9 CM 87.41 Код OPS 301: 3 224… Википедия

Предел текучести (инженерное дело) — Предел текучести или предел текучести материала определяется в инженерии и материаловедении как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться. До достижения предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своему…… Wikipedia

Компьютерная диагностика — Компьютерное обнаружение (CADe) и компьютерная диагностика (CADx) — это медицинские процедуры, помогающие врачам интерпретировать медицинские изображения.Методы визуализации в рентгеновской, МРТ и ультразвуковой диагностике дают много…… Wikipedia

Ядерный синтез — Ядерная физика Радиоактивный распад Ядерное деление Ядерный синтез Классический распад… Википедия

Пористость — или доля пустот — это мера пустот (т. Е. Пустых) в материале, и представляет собой долю объема пустот от общего объема, от 0 до 1 или в процентах от 0 –100%. Этот термин используется во многих областях, включая…… Wikipedia

Определение размеров небольших объемных дефектов в трубках воздухоохладителя с ребристым вентилятором

Интернет-магазин
Служба поддержки клиентов
О нас
Карьера
Свяжитесь с нами
FR
CN

Продукты
Приложения
Отрасли промышленности
Ресурсы
Академия Эддифи
Блог

Приложения

Поиск по активам

Поиск по типу дефекта

Самолеты и космические аппараты
Болты и резьбы
Теплообменники
Offshore
Трубопроводы
Железная дорога
корабли
Танки
Трубы
Турбины
Суда

Дефекты отливки
Составные дефекты
Коррозия
Коррозия под изоляцией (CUI) и противопожарная защита (CUF)
Трещины
Дефекты трубок теплообменника
Коррозионное растрескивание под напряжением
Дефекты сварки

О компании Eddyfi Technologies

О нас
Наши бренды
Управленческая команда
Довольных клиентов
Новости
События

Отрасли промышленности

Аэрокосмическая промышленность
Энергия
Продукты питания и напитки
Тяжелая промышленность и горнодобывающая промышленность
Морское судоходство и судоходство
Городское водоснабжение и канализация
Морские и подводные работы
Производство электроэнергии
Железнодорожный и автомобильный
Безопасность и оборона

ресурса

Замечания по применению
Программное обеспечение
Технологии
Видео и вебинары
Литература

Ресурсы

Программное обеспечение

Эддифи Лифт
Eddyfi Lyft Pro
Эддифи Магнифи
Eddyfi Magnifi GO
Эддифи Магнифи R
Eddyfi SurfacePro 3D
Eddyfi TubePro
Инуктун ИКОНА
Inuktun ICON Диагностика
M2M Приобрести
Программное обеспечение захвата M2M
Silverwing CMAP
Карта пола Среброкрыла
Серебряное Крыло RMS2
Silverwing SIMS
Среброкрыл Swift GO и Скорпион 2
Телетест TeleCheck
Teletest Wavescan
TSC Ассистент

Ресурсы

Технологии

Измерение поля переменного тока (ACFM)
Вихретоковая матрица (ECA)
Вихретоковый контроль (ECT)
Внутренняя роторная инспекционная система (IRIS)
UT большого радиуса действия (LRUT) / Guided Wave
Утечка магнитного потока (MFL)
Проверка резервуара на утечку магнитного потока (MFL)
Массив ближнего поля (NFA)
Тестирование ближнего поля (NFT)
Ультразвуковой контроль фазированных решеток (PAUT)
Импульсный вихретоковый (PEC)
Удаленный визуальный осмотр (RVI)
Испытания в дистанционном поле (RFT)
Тангенциальная вихретоковая решетка (TECA ™)
Метод полной фокусировки (TFM)
Информационный бюллетень по τ-scan

Продукты

Поиск по марке

Поиск по экспертизе

Эддифи
M2M
Silverwing
Телетест
TSC
Инуктун

Фазированная решетка и обычная ультразвуковая техника
Поверхностный вихретоковый массив
Импульсный вихревой ток
Утечка магнитного потока
Измерение поля переменного тока
Волноводная ультразвуковая техника
Удаленный визуальный осмотр
Тестирование пузырьковой утечки
Технологии тестирования трубок

границ | 3D-моделирование и реконструкция микрососудов облученных пояснично-крестцовых дефектов после онкологической резекции

Введение

Подавляющее большинство ран крестца, образовавшихся в результате пролежней, можно лечить с помощью местного или регионарного лоскута, как принято считать (1). Однако там, где раны охватывают большую площадь после онкологической резекции, имеют существенный дефицит объема или включают области, подвергшиеся риску лучевой терапии, использование локорегиональных лоскутов относительно противопоказано.Радиация вызывает гипоцеллюлярность и гиповаскулярность в нормальной ткани, окружающей опухоль, что ставит под угрозу ее васкуляризацию и, следовательно, ее жизнеспособность в качестве варианта лоскута (2, 3). Кроме того, реконструкция облученных дефектов пояснично-крестцового отдела сокращается из-за уменьшения количества и калибра сосудов на участке реципиента. Более того, необходимость восстановления композитного дефекта и близость анальной области потенциально увеличивает риск инфицирования и представляет собой серьезные проблемы для хирургов-реконструкторов.

В последнее время хирурги-реконструкторы извлекли выгоду из доступности трехмерных (3D) тактильных биомоделей для предоперационного планирования и конструирования лоскута (4). Эти модели создаются с помощью методов быстрого прототипирования (RP), в которых используются данные сканирования, полученные с помощью традиционных методов визуализации, таких как компьютерная томография (КТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ). RP используется в промышленном дизайне десятилетиями; однако он стал применяться в медицине только в последние два десятилетия.RP представила удобный метод изготовления физических трехмерных моделей, которые точно представляют анатомические структуры и обеспечивают тактильную или тактильную обратную связь с клиницистом, облегчая лучшее понимание пространственных отношений между структурами (5). В медицине наиболее изученными методами РП являются стереолитография и 3D-печать. В отличие от стереолитографии, 3D-печать — более новая технология, более доступная, быстрая и удобная (6). Напечатанные на 3D-принтере тактильные модели продемонстрировали свою полезность во многих хирургических дисциплинах, таких как челюстно-лицевая (6) и ортопедическая хирургия (7).В пластической и реконструктивной хирургии они были полезны при конструировании лоскута при дефектах мягких тканей (8) и предоперационной объемной оценке асимметрии груди (9).

В данной статье описывается наш опыт использования большого объемного свободного лоскута для одномоментной реконструкции облученных онкологических дефектов пояснично-крестцового отдела. Оценивается техника и исходы хирургического вмешательства. Представлено использование трехмерных тактильных моделей крестцового дефекта для помощи в предоперационном планировании и объемном анализе.

Пациенты и методы

Была включена серия случаев из пяти последовательных пациентов, для каждого из которых была запланирована микрососудистая реконструкция облученного крестцового дефекта в период с 2005 по 2011 год. В серию вошли одна женщина и четыре мужчины, средний возраст 41,5 года (диапазон: 32–32). 69). У каждого пациента было обнаружено злокачественное новообразование в области крестца, которое было реконструировано старшим автором (EGT) после онкологической резекции и облучения. Была произведена резекция первичной или рецидивной опухоли, и все пациенты прошли лучевую терапию (таблица 1).В каждом случае учитывались только мышечные, кожно-мышечные или кожно-фасциальные лоскуты с выбором, основанным на доступности донорского участка, заполнении объема и требованиях к контуру. Конкретный тип клапана, выбранный в каждом случае, описан ниже.

Таблица 1. Демографические данные пациента и оперативные данные .

Хирургическая техника

При отсроченных реконструкциях объем и дефицит мягких тканей картировались до операции, в то время как в немедленных случаях это можно было оценить на основе планирования резекции.Двумерные изображения КТ и МРТ использовались для первоначальной оценки запланированной реконструкции. Предоперационное планирование также вовлекало хирурга-онколога в хирургическое и реконструктивное планирование, в планирование предполагаемых объемов резекции. Таким образом, был сделан выбор лоскута, и там, где искали кожную лопатку, площадь поверхности могла быть достигнута быстро и точно.

Средняя поверхность раны составила 359 см ² (диапазон: 200–600 см ²). В двух случаях поверхностный дефект кожи был достаточно мал, чтобы кожный островок лоскута мог адекватно заполнить поверхностный дефект.В двух случаях поверхностные дефекты были больше, и потребовалась пересадка кожи. У одного пациента ширина поверхности дефекта была слишком велика и потребовало закрытия лоскутом растяжения широкой фасции. Что касается глубины и объема раны, лоскуты LD обеспечили достаточное количество ткани для заполнения и облитерации полости во всех случаях.

Рассматривался только мышечный, кожно-мышечный или кожно-фасциальный лоскут с выбором, основанным на доступности донорского участка, заполнении объема и требованиях к контуру, которые оценивались на основе изображений и биомоделей.В конечном итоге в каждом случае были выбраны только мышечные или кожно-мышечные лоскуты широчайшей мышцы спины (LD). Во всех случаях требовался объем, превышающий заполнение, достижимое с помощью кожно-фасциального лоскута, и в качестве дополнительных преимуществ учитывалась максимально возможная длина ножки. Первоначально также рассматривались возможности использования лоскутов перфоратора глубоких нижних эпигастральных артерий, но в конечном итоге они не использовались в качестве альтернативы.

Когда они были доступны (три случая), верхняя ягодичная артерия (SGA) была сосудом-реципиентом первого выбора.В других случаях, когда ягодичные артерии были повреждены во время резекции опухоли или выброшены из-за их близости к опухоли (два случая), была выбрана подреберная артерия (SA) одиннадцатого ребра. Все лоскутные артерии и вены анастомозировали с реципиентными сосудами встык. Расположение отклоняющей стомы было запланировано на основе предоперационной визуализации и предпринято для ухода за раной и определения положения пациента.

Создание трехмерной тактильной биомодели

Для объемного анализа использовалась КТ и / или МРТ крестцовой области (см. Рисунок 1).Тактильные модели крестцовых дефектов были изготовлены на 3D-принтере по методике, описанной ранее (9). Данные 2D-сканирования с КТ или МРТ были загружены на компьютер с помощью бесплатного стороннего программного обеспечения под названием Osirix (Pixmeo, Женева, Швейцария). Данные были реконструированы в 3D с помощью функции «рендеринга поверхности» (см. Рис. 2) и экспортированы в универсальный формат файла 3D, называемый стандартным языком тесселяции (STL). Файл STL был настроен для 3D-печати с использованием компьютерного программного обеспечения Cubify (3D Systems, Rock Hill, SC, США), которое прилагается к 3D-принтеру (принтер Cube 2, 3D Systems).В Cubify (3D Systems) модель была уменьшена в размерах, чтобы соответствовать максимальным размерам принтера (16 см × 16 см × 16 см), а также ориентирована так, чтобы дефект был «направлен вверх» (см. Рис. 3). . Благодаря механизму 3D-печати, при котором термопластическая нить наносилась послойно, а дефект был «направлен в сторону», принтер разместил опорную конструкцию, чтобы заполнить «зазор по высоте» (8). Несмотря на то, что опорные конструкции легко снимались, они оставляли шероховатую поверхность, что ставило под угрозу эстетику модели.Модель была сопоставима с данными сканирования для объемного анализа, и были оценены преимущества 3D-модели с тактильной обратной связью.

Рис. 1. Предоперационная компьютерная томография, показывающая трехмерную природу крестцового дефекта .

Рис. 2. Восстановленные изображения поверхности, полученные из предоперационной компьютерной томографии, демонстрирующие трехмерную природу крестцового дефекта (A – C: трехмерные вращающиеся изображения) .

Рис. 3. Трехмерная (3D) печатная модель крестцового дефекта, показанная на рис. 2, изготовленная с использованием 3D-принтера (принтер Cube 2, 3D Systems, Rock Hill, SC, США) (A – C: трехмерное вращение просмотров) .

Результаты

Лоскут без LD был успешно перенесен во всех случаях (100% выживаемость), при этом достигнуто адекватное покрытие мягкими тканями и объемная облитерация. Каждая микрососудистая реконструкция со свободным лоскутом выполнялась либо сразу после резекции, либо с отсрочкой, если планировалось дальнейшее облучение или химиотерапия.В отсроченных случаях открытая резецированная область обрабатывалась местными повязками и терапией VAC (KCI, Сан-Антонио, Техас, США). В трех случаях колостомия была необходима и дала дополнительное преимущество в предотвращении фекального загрязнения. Оперативные особенности пациентов представлены в таблице 1.

Все раны зажили полностью, за исключением одного случая, когда произошло минимальное расхождение раны в верхней части дефекта крестца, что потребовало закрытия ротационного лоскута перфоратора поясничной артерии.У трех пациентов, перенесших колостому, раны зажили быстрее, особенно в каудальной части лоскута около перианальной области, и потребовали меньшего послеоперационного ухода. Во всех случаях раневых инфекций, облитерации мертвого пространства и объемного дефекта не было.

Анастомозы к SGA и SA были выполнены без серьезных осложнений, которые потребовали интраоперационной или послеоперационной ревизии лоскута. Следует отметить, что анастомозы к SGA отличались от анастомозов с SA из-за их более короткой и разветвленной ножки, которая поднималась вертикально между мышечными волокнами.Через 3 года наблюдения выжили трое пациентов. Два пациента умерли в течение года после реконструкции вследствие рецидива опухоли. Все раны зажили, без донорских осложнений и необходимости во вторичной хирургии.

Трехмерная печать дефектов крестцовой раны была достигнута с помощью КТ и / или МРТ для всех сделанных отпечатков. Среднее время печати сканированных изображений составляло 12,5 ч, и для каждого случая требовалось примерно 40% картриджа принтера (см. Рисунок 3).На отпечатке можно было установить саму полость для тактильного анализа или напечатать в обратном порядке, чтобы продемонстрировать сам объемный дефект.

Примеры случаев

Корпус 1

69-летний мужчина поступил с язвой Марджолина, вызванной 20-летней историей пилонидальной кисты. Первоначально поражение было резецировано в другом учреждении и реконструировано с помощью двустороннего V-Y лоскута. Через год у пациента был обнаружен обширный местный рецидив.Предоперационная визуализация выполнялась с помощью КТ и МРТ. С этой визуализацией был проведен трехмерный объемный анализ, и были записаны запланированные границы резекции, что позволило предоперационно отобразить потребность в дефекте с площадью поверхности 25 см на 10 см и моделировать с выделением глубины от 10 до 13 см. Таким образом, планирование резекции подчеркнуло необходимость сакрэктомии, колэктомии и окончательной колостомии с обнажением мочевого пузыря в пределах самой раны (см. Рисунок 4).

Рисунок 4.Дефект крестца площадью 25 см × 10 см, требующий реконструкции .

Для реконструкции был выбран свободный LD-лоскут с кожной лопаткой 25 см × 10 см (см. Рис. 5). Лоскут собирали вместе со всей мышечной и кожной подушечкой (см. Рисунок 6), с артериальным анастомозом на SGA с использованием сквозной техники и венозным анастомозом с использованием микрососудистого соединителя Synovis (Synovis Life Technologies, Birmingham, AL, США). Таким образом, лоскут смог заполнить трехмерное объемное мертвое пространство и закрыть дефект (см. Рисунок 7).Осложнений не было, исходы для доноров и реципиентов хорошие.

Рис. 5. Для реконструкции дефекта был выбран свободный мышечно-кожный лоскут широчайшей мышцы спины с донорским участком, отмеченным как .

Рис. 6. Получен свободный кожно-мышечный лоскут широчайшей мышцы спины, с шаблонными кожными лопатками и мышцами для объемного наполнения .

Рис. 7. Лоскут, вставленный в крестцовый дефект, с примыкающими к нему остатками предыдущих реконструктивных лоскутов в локальном отделе .

Дело 2

Мужчина 38 лет обратился с жалобой на язву Марджолина после длительной пилонидальной кисты в течение 15 лет. Поражение ранее было резецировано, включая кортикальную часть крестца, и облучено. Общие хирурги запланировали немедленную реконструкцию с резекцией и колостомией.

Предоперационная визуализация выполнялась с помощью КТ и МРТ. С этой визуализацией был проведен трехмерный объемный анализ, и были зарегистрированы запланированные границы резекции, с запланированным дефектом с площадью поверхности 18 см на 20 см и моделированием с выделением глубины в диапазоне от 5 до 11 см.Это точно отражало окончательную резекцию, где дефект представлял собой дефект с площадью поверхности 18 см × 20 см со значительным объемом мертвого пространства (см. Рисунок 8).

Рис. 8. Крестцовый дефект площадью 18 см × 20 см, требующий реконструкции .

Для реконструкции был выбран мышечный лоскут LD, а для реципиентного сосуда была выбрана SA, так как SGA находился слишком близко к области резекции, что создавало риск местного рецидива и подвергало опасности ножку.СА была обнажена на 15 см краниальнее верхнего края крестцового дефекта, что исключает необходимость дальнейшего хирургического вмешательства. Сосуды анастомозировали встык, и, несмотря на некоторые заметные расхождения в калибрах донорских и реципиентных вен, никаких осложнений не возникло. Лоскут подходящим образом заполнил дефект (см. Рис. 9), был трансплантирован и зажил без осложнений.

Рис. 9. Только лоскут свободной широчайшей мышцы спины вставлен в дефект .

Обсуждение

Согласно традиционной реконструктивной лестнице, наверху существует не требующая микрохирургического лечения лоскута.Последние достижения в области предоперационной визуализации и оперативных методов требуют изменения порядка реконструктивной лестницы (10, 11). Благодаря 3D-шаблону для реконструкции мягких тканей решение о том, где ступить по лестнице, становится более ясным. Трехмерный анализ и объемное планирование широко используются и широко публикуются в различных областях: реконструкция груди, кожные дефекты и заполнение мертвого пространства (4, 6, 7). Возможность практического взаимодействия с тактильными биомоделями, которые точно представляют анатомические структуры, произвела революцию в том, как реконструктивные хирурги будут планировать до операции и создавать свободные лоскуты (8, 9).В этой области реконструкции крестца конкретное мертвое пространство и объемные потребности реконструктивного выбора делают хорошо подходящими технологию 3D-анализа и 3D-печати. Оптимальный выбор лоскута, подход к забору и техника врезки для адекватного замещения объема и поверхности тканей могут быть успешно достигнуты.

Одно из текущих ограничений этой технологии связано с необходимостью передать изготовление биомоделей сторонним компаниям, что влечет за собой значительные затраты и длительное время производства.По мере того, как 3D-принтеры становятся массовыми и более доступными, врачи могут быстро создавать анатомические модели на своем собственном рабочем столе (4, 8, 9, 12). Модель, использованная в этом исследовании, была копией крестцового дефекта небольшого размера из-за максимальных размеров настольного офисного 3D-принтера (16 см × 16 см × 16 см). Хотя продукт был достаточно подробным, чтобы врачи могли оценить форму и глубину дефекта, мы ожидаем, что сможем напечатать эти повреждения в натуральную величину, поскольку цены на более крупные 3D-принтеры снизятся.Доступен целый ряд офисных 3D-принтеров, самые дешевые и самые маленькие из которых делают небольшие модели (16 см × 16 см × 16 см), в то время как есть другие принтеры, такие как MakerBot Z18 (MakerBot Industries, Brooklyn, NY , США), которые могут печатать модели большего размера (30 см × 30 см × 45 см), превышающие размер дефектов, описанных в этой статье. В настоящее время мы используем оба этих принтера в своей практике, и каждый хирург должен решить, какой из них более предпочтителен с точки зрения размера, стоимости и уровня сложности.Меньшие варианты принтеров по-прежнему полезны с точки зрения сравнительного масштаба.

Текущая серия включает крупные дефекты, требующие существенной замены объема и поверхности. Хотя локорегиональные лоскуты являются стандартом лечения большинства дефектов крестцовой раны, они не могут быть правдоподобными во многих сценариях. Сообщалось о многочисленных вариантах локальных лоскутов, включая лоскуты перфоратора ягодичной артерии (13–16), скользящие лоскуты большой ягодичной мышцы (17), параспинальные лоскуты (18), лоскуты продвижения VY (19, 20) и регионарные переднебоковые лоскуты бедра (21) .Однако они относительно противопоказаны при онкологических дефектах крестца. Местные лоскуты нарушены из-за побочного повреждения нормальных окружающих тканей в результате лучевой терапии, и края могут быть не полностью очищены от распространения опухоли. Регионарные лоскуты уродуют и могут потребовать более одного лоскута там, где необходимо закрыть большой дефект, что увеличивает заболеваемость донорской зоной. В результате там, где необходимо закрыть широкую, сильно облученную область ткани, локорегиональные лоскуты часто требуют нескольких процедур.Напротив, в настоящее время нет достаточных доказательств использования переноса свободной ткани для реконструкции больших сложных дефектов.

Из нашей серии случаев мы демонстрируем, что свободные от микрохирургии лоскуты представляют собой альтернативу, которая является безопасной и облегчает одноэтапную реконструкцию, что в целом приводит к сокращению операционного воздействия. Принято считать, что свободные откидные створки, естественно, требуют более длительного рабочего времени из-за их технической сложности. Однако, исходя из нашего опыта работы с двумя хирургическими бригадами, работающими одновременно на донорском участке и на участке реципиента, была минимальная разница между оперативной длиной местного лоскута и свободного лоскута.Там, где происходит расхождение раны, чаще всего в переходной зоне между облученной и необлученной тканями, в качестве дополнения можно использовать локорегиональные лоскуты.

Меньше обсуждаются свободные лоскуты для реконструкции крестца с использованием интерполяционных лоскутов с использованием сальника (22), вертикального кожно-мышечного лоскута прямой мышцы живота (23-25), лоскутов LD, химерных лоскутов LD в сочетании с передней зубчатой мышью и свободной малоберцовой кости. закрылки все, что используется в этой настройке (26, 27). В соответствии с выбором предыдущих авторов, лоскут LD надежен, проще, быстрее и связан с меньшим количеством заболеваний, чем многие другие варианты.В частности, для объемного наполнения клапаны LD обеспечивают увеличенный объем и глубину за счет возможности складываться сами по себе. Реципиентные сосуды имеют особое значение при реконструкции крестца, при этом учитываются верхняя и нижняя ягодичные, глубокие бедренные и нижняя надчревные артерии (26, 27), часто требующие интраабдоминального доступа или артериовенозной петли (27). Мы описываем альтернативный вариант, SA, который имеет последовательную анатомию, несколько боковых ветвей и длинную ножку (до 10 см) (28). Использование свободного лоскута на основе одиннадцатой межреберной артерии было впервые описано Badran et al.(29), а в 2006 г. Hamdi et al. классифицировали межреберные перфорационные лоскуты на дорсальные, боковые или передние в зависимости от используемой части СА (30).

Заключение

Свободные лоскуты могут быть подходом первого выбора при дефектах крестца, которые имеют значительный объем и были облучены. Относительное отсутствие сосудов-реципиентов не должно быть ограничением, и мы впервые описываем, что SA является полезным реципиентом в этой обстановке. Объем таких дефектов можно оценить с помощью традиционных методов 2D-визуализации или биомоделей, напечатанных на 3D-принтере.Благодаря современным технологиям предоперационного планирования, напечатанные на 3D-принтере гаптические биомодели могут отображать поверхностные и объемные дефекты и могут облегчить планирование реконструкции.

Заявление об этике

Все 3D-изображения и 3D-печать были выполнены с одобрения Институционального наблюдательного совета Peninsula Health, Виктория, Австралия. Все пациенты подписали заявления об информированном согласии. Никакой другой регистрации клинических испытаний не требовалось, ни использование животных, ни этика не имели значения.Биостатистику выполняли, как описано в методах. Все данные были анонимными, обмен данными не предлагался.

Заметки автора

Полное авторство и право собственности на рукопись принадлежит указанным выше авторам. Содержание этой статьи нигде не публиковалось и не публиковалось. Все авторы внесли значительный вклад, и все авторы согласны с содержанием рукописи. Вклад первого и второго авторов включал подготовку рукописи и обзор литературы, третий и четвертый авторы участвовали во всех аспектах визуализации и подготовке рукописи.

Авторские взносы

Авторы этой рукописи полностью владеют представленными иллюстрациями и разрешают их воспроизведение для целей данной публикации. Оба автора внесли равный и полный вклад в рукопись.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют об отсутствии источника финансовой или иной поддержки, а также каких-либо финансовых или профессиональных отношений, которые могли бы представлять конкурирующий интерес.

Список литературы

1.Phan TQ, Spilker G, Theodorou P, Gossmann A, Heiss M, Weinand C. Комбинированные лоскуты широчайшей мышцы спины и передней зубчатой мышцы для реконструкции таза. Микрохирургия (2011) 31 (7): 529–34. DOI: 10.1002 / micr.20917

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

2. Стоун Х. Б., Коулман С. Н., Аншер М. С., Макбрайд У. С.. Действие радиации на нормальные ткани: последствия и механизмы. Lancet Oncol (2003) 4 (9): 529–36. DOI: 10.1016 / S1470-2045 (03) 01191-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

3.Маркс RE. Новая концепция лечения остеорадионекроза. J Oral Maxillofac Surg (1983) 41 (6): 351–7. DOI: 10.1016 / 0278-2391 (83) -X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

4. Чаэ М.П., Хантер-Смит Д.И., Розен В.М. 3D-печать с визуальным контролем и тактильное моделирование в пластической хирургии. В: Саба Л., Розен В.М., Алонсо-Бургос А., Рибуффо Д., редакторы. Визуализация в пластической хирургии . Лондон, Великобритания: CRC Taylor and Francis Press (2014). п. 819–30.

Google Scholar

5.Путь Т.П., Барнер К.Е. Автоматический визуальный перевод в тактильный — часть II: оценка системы создания изображений TACTile. IEEE Trans Rehabil Eng (1997) 5 (1): 95–105. DOI: 10.1109 / 86.559354

CrossRef Полный текст | Google Scholar

6. Коэн А., Лавив А., Берман П., Нашеф Р., Абу-Таир Дж. Реконструкция нижней челюсти с использованием технологии стереолитографического моделирования трехмерной печати. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod (2009) 108 (5): 661–6. DOI: 10.1016 / j.tripleo.2009.05.023

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

7. Чен Й.X, Чжан К., Хао Ю., Ху Ю. Состояние исследований и перспективы применения цифровых технологий в ортопедии. Orthop Surg (2012) 4 (3): 131–8. DOI: 10.1111 / j.1757-7861.2012.00184.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

8. Чае М.П., Лин Ф., Спихал Р.Т., Хантер-Смит Д.Д., Розен В.М. Напечатанные на 3D-принтере тактильные «обратные» модели для предоперационного планирования реконструкции мягких тканей. Микрохирургия (2015) 35 (2): 148–53. DOI: 10.1002 / micr.22293

CrossRef Полный текст | Google Scholar

9. Чае М.П., Хантер-Смит Д.Д., Спихал Р.Т., Розен В.М. Объемный трехмерный анализ для планирования реконструктивной хирургии груди. Res Treat от рака груди (2014) 146 (2): 457–60. DOI: 10.1007 / s10549-014-3028-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

10. Янис Дж.Э., Квон Р.К., Аттингер К.Э. Новая реконструктивная лестница: модификации традиционной модели. Plast Reconstr Surg (2011) 127 (Приложение 1): 205S – 12S. DOI: 10.1097 / PRS.0b013e318201271c

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

11. Готтлиб LJ, Krieger LM. От реконструктивной лестницы к реконструктивному лифту. Plast Reconstr Surg (1994) 93 (7): 1503–4. DOI: 10.1097 / 00006534-199406000-00027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

12. Герстле Т.Л., Ибрагим А.М., Ким П.С., Ли Б.Т., Лин С.Дж. Эволюция приложения пластической хирургии: трехмерная печать. Plast Reconstr Surg (2014) 133 (2): 446–51. DOI: 10.1097 / 01.prs.0000436844.92623.d3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

13. Гастер Р.С., Бхатт К.А., Шелтон А.А., Ли Г.К. Реконструкция свободным поперечным мышечно-кожным лоскутом массивного пояснично-крестцового дефекта с использованием перфораторов верхней ягодичной артерии. Микрохирургия (2012) 32 (5): 388–92. DOI: 10.1002 / micr.21981

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

14.Линь CT, Чанг СК, Чен С.Г., Цзэн Ю.С. Модификация лоскута перфоратора верхней ягодичной артерии для реконструкции язвы крестца. J Plast Reconstr Aesthet Surg (2014) 67 (4): 526–32. DOI: 10.1016 / j.bjps.2013.12.031

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

15. Чен Ю.К., Хуан Е.Ю., Линь П.Я. Сравнение ягодичных лоскутов перфоратора и ягодичных кожно-фасциальных ротационных лоскутов для реконструкции пролежней крестца. J Plast Reconstr Aesthet Surg (2014) 67 (3): 377–82.DOI: 10.1016 / j.bjps.2013.12.029

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

16. Kuo PJ, Chew KY, Kuo YR, Lin PY. Сравнение результатов реконструкций пролежней среди перфорационных лоскутов, ротационных кожно-фасциальных лоскутов и мышечно-кожных лоскутов. Микрохирургия (2014) 34 (7): 547–53. DOI: 10.1002 / micr.22257

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

17. Вэйтао Ю., Цицин К., Сунтао Г., Цзяцян В.Использование адипомышечных скользящих лоскутов большой ягодичной мышцы при реконструкции крестцовых дефектов после резекции опухоли. Мир J Surg Oncol (2013) 11: 110. DOI: 10.1186 / 1477-7819-11-110

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

18. Гупта С., Чаттопадхьяй Д., Агарвал А. К., Гуха Г., Бхаттачарья Н., Чумбале П. К. и др. Параспинальный транспозиционный лоскут для реконструкции дефектов мягких тканей крестца: серия из 53 случаев из одного института. Asian Spine J (2014) 8 (3): 309–14.DOI: 10.4184 / asj.2014.8.3.309

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

19. Кесан К., Котари П., Гупта Р., Гупта А., Каркера П., Ранджан Р. и др. Закрытие крупных раневых дефектов менингомиелоцеле подкожным лоскутом на ножке с двусторонним продвижением V-Y: наш опыт и обзор литературы. Eur J Pediatr Surg (2015) 25 (2): 189–94. DOI: 10.1055 / с-0034-1368796

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

20.Оленчак Дж. Б., Стэнвикс М. Г., Россон Г. Д.. СЛУЧАЙНЫЙ СЛУЧАЙ: комплексное закрытие раны частичного дефекта сакрэктомии с бесклеточным дермальным матриксом человека и двусторонним выдвижением ягодичных лоскутов V в Y у педиатрического пациента. Эпластика (2013) 13: e20.

PubMed Аннотация | Google Scholar

21. Сантанелли Ди Помпео Ф., Лонго Б., Паньони М., Лапорта Р. Чувствительный переднебоковой перфоратор бедра для реконструкции седалищных язв у пациентов с менингомиелоцеле. Микрохирургия (2015) 35 (4): 279–83.DOI: 10.1002 / micr.22330

CrossRef Полный текст | Google Scholar

22. Unal C, Eren GG, Isil E, Alponat A, Sarlak A. Полезность сальника при реконструкции крестца после тотальной сакрэктомии из-за рецидивной и облученной гигантоклеточной опухоли позвоночника. Indian J Plast Surg (2012) 45 (1): 140–3. DOI: 10.4103 / 0970-0358.96617

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

23. Лессин С.Дж., Меланд Н.Б., Девайн Р.М., Вольф Б.Г., Нельсон Х., Зинке Х.Лечение дефектов крестца и промежности после абдоминоперинеальной резекции и облучения трансплантатами трансплантатов. Dis Colon Rectum (1995) 38 (9): 940–5. DOI: 10.1007 / BF02049729

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

24. Гарви П. Б., Клеменс М. В., Райнс Л. Д., Сакс Дж. М.. Вертикальный проточный мышечно-кожный лоскут прямой мышцы живота к свободному лоскуту малоберцовой кости для полной реконструкции сакрэктомии. Микрохирургия (2013) 33 (1): 32–8. DOI: 10.1002 / мкр.21990

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

25. Чеонг Ю.В., Сулейман В.А., Халим А.С. Реконструкция больших крестцовых дефектов после удаления опухоли: отчет о двух случаях. J Orthop Surg (Гонконг) (2008) 16 (3): 351–4. DOI: 10.1177 / 2309491600317

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

26. Хун С.Дж., Чен ХК, Вэй ФК. Свободные лоскуты для реконструкции поясницы и крестца. Микрохирургия (2000) 20 (2): 72–6.DOI: 10.1002 / (SICI) 1098-2752 (2000) 20: 2 <72 :: AID-MICR5> 3.3.CO; 2-T

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

28. Файнендеген Д.Л., Нидерхаузер Т., Херрманн Г., Абдерхалден С., Фогелин Е., Баник А. и др. Лоскут перфоратора подреберной артерии; анатомическое исследование. J Plast Reconstr Aesthet Surg (2008) 61 (12): 1496–502. DOI: 10.1016 / j.bjps.2007.09.021

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

30. Хамди М., Ван Ландейт К., де Френ Б., Рош Н., Блондель П., Монстри С.Универсальность лоскутов перфоратора межреберной артерии (ICAP). J Plast Reconstr Aesthet Surg (2006) 59 (6): 644–52. DOI: 10.1016 / j.bjps.2006.01.006

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дефекты объемные — Энциклопедия по машиностроению XXL

Поверхностные и объёмные дефекты — Студопедия

Дефекты кристалла — Википедия с видео // WIKI 2

Энциклопедичный YouTube

Содержание

Нульмерные (точечные) дефекты

Термодинамика точечных дефектов

Миграция точечных дефектов

Источники и стоки точечных дефектов

Комплексы точечных дефектов

Одномерные дефекты

Двумерные дефекты

Трёхмерные дефекты

Методы избавления от дефектов

Полезные дефекты

См. также

Примечания

Литература

Дефекты кристалла — Википедия

Нульмерные (точечные) дефекты

Термодинамика точечных дефектов

Миграция точечных дефектов

Источники и стоки точечных дефектов

Комплексы точечных дефектов

Одномерные дефекты

Двумерные дефекты

Трёхмерные дефекты

Методы избавления от дефектов

Полезные дефекты

См. также

Примечания

Литература

Объёмные дефекты кристаллической решетки — Студопедия

Дефекты кристаллической структуры — Студопедия

Точечные, линейные и поверхностные дефекты в кристаллах, влияние на прочность

NDE Соотношение объемных дефектов и плоских дефектов

объемный дефект — это … Что такое объемный дефект?

Определение размеров небольших объемных дефектов в трубках воздухоохладителя с ребристым вентилятором

Приложения

О компании Eddyfi Technologies

Отрасли промышленности

ресурса

Программное обеспечение

Технологии

Продукты

границ | 3D-моделирование и реконструкция микрососудов облученных пояснично-крестцовых дефектов после онкологической резекции

Введение

Пациенты и методы

Хирургическая техника

Создание трехмерной тактильной биомодели

Результаты

Примеры случаев

Корпус 1

Дело 2

Обсуждение

Заключение

Заявление об этике

Заметки автора

Авторские взносы

Заявление о конфликте интересов

Список литературы

Добавить комментарий Отменить ответ